Ein Meßsystem zur photometrischen Untersuchung reversibler und irreversibler photochemischer Reaktionen im Zeitbereich von 50 ns bis 5 ms

Meißen, R.

Book/Report

FZJ-2018-00392

Ein Meßsystem zur photometrischen Untersuchung reversibler und irreversibler photochemischer Reaktionen im Zeitbereich von 50 ns bis 5 ms

Meißen, R. (Corresponding author)FZJ*

1975
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag Jülich

Jülich : Kernforschungsanlage Jülich, Verlag, Berichte der Kernforschungsanlage Jülich 1171, 99 p. (1975)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/16531

Report No.: Juel-1171

Abstract: Im Institut für Neurobiologie der KFA Jülich werden Arbeiten zur Erforschung des Sehvorganges durchgeführt. Zu diesen Arbeiten gehören Untersuchungen der photochemischen Reaktionen, die an Rinder-Rhodopsin, an 11-cis Retinal und an ähnlichen Verbindungen ausgelöst werden. Diese Reaktionen sind erkennbar an der wellenlängenabhängigen Lichtabsorption der verschiedenen Zwischenprodukte und somit an der Änderung der Lichtabsorption während der Reaktionszeit. Die Absorptionsmessungen werden an Lösungen oderSuspensionen,also nicht in vivo, durchgeführt. Daher werden die nur in begrenztem Umfang herstellbaren Proben bei der Messung verbraucht. Die Aufgabenstellung für diese Arbeit bestand darin, ein System zur Messung der Absorptionsänderungen $\Delta\alpha$ im Bereich der optischen Wellenlängen von 250 nm bis 700 nm zu entwickeln. Der Verlauf der Reaktionen soll bis zu einigen Millisekunden nach der Anregung meßbar sein. Speziell wurden hohe Zeitauflösung, möglichst hohe Amplitudenauflösung, zuverlässige Signalauswertung, geringer Verbrauch an Probensubstanz und leichte Bedienbarkeitder Apparatur gefordert. Aus der Literatur und durch Besuche in verschiedenen Instituten ergab sich die Feststellung, daß bisher existierende vergleichbare Meßsysteme die gestellten Anforderungen nicht oder nur auf Teilbereichen erfüllen. Deswegen wurde ein System konzipiert, bei dem der Gesichtspunkt, mit sinnvollem Aufwand möglichst viel Information aus der begrenzten Probenmenge zu gewinnen, alle Einzelkomponenten bestimmt. Die hierzu durchgeführten Oberlegungen beziehen sich nicht nur auf Messungen an Rhodopsin, an 11-cis Retinal und an ähnlichen Verbindungen, sondern sind bei vergleichbaren Bedingungen und Anforderungen allgemein gültig für Untersuchungen photochemischer Reaktionen. Daher ist auch das entwickelte System sehr universell einsetzbar zur Messung irreversibler photochemischer Reaktionen und natürlich auch zur Messung reversibler Reaktionen. Eine Gegenüberstellung grundsätzlicher Prinzipien zur Anregung und zur Messung der Absorptionsänderung wird vorgenommen. Sie ergibt als hier geeignetstes Prinzip die Anregung durch den Lichtimpuls eines Lasers und die Messung mit Gleichlicht (Licht konstanter Strahlungsleistung). Die Dauer des Laserimpulses begrenzt die mögliche Zeitauflösung. Benutzt wird ein Laser mit einer Impulshalbwertszeit von ca. 25 ns. Die erzielbare Amplitudenauflösung wird wesentlich bestimmt durch Form und Abmessungen der die Probe enthaltenden Küvette und durch die Konzentration der Probe. Um diese Größen günstig wählen zu können, war eine grundsätzliche Herleitung der Optimierungsbedingungen erforderlich. Die Anwendung der errechneten Optimierungsbedingungen sichert eine bestmögliche Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Probenmenge. Weiter wird gezeigt, daß als Meßlichtquelle eine Lampe mit kleinem Leuchtfeld und hoher Strahldichte günstig ist. In dem geforderten Wellenlängenbereich ist dies eine Xenonlampe kleiner Leistung. Um eine besonders hohe Strahldichte zu erzielen, wird die Lampe während der Messung durch einen zusätzlichen Strom aufgehellt. Speziell für diesen Anwendungsfall wurde eine Regelung entwickelt, die bei hoher Zeitkonstanz ($\Delta\phi_{e}$< 10$^{-4}$ $\phi_{e}$) während der Meßzeit ein Aufhellen bis zum 50-fachen Wert der normalen Lichtleistung ermöglicht. Wegen der so erzielten hohen Stabilität der Meßlichtquelle kann auf Kompensationsverfahren verzichtet werden, die bei schwankender Meßlichtleistung erforderlich wären und eine wesentliche Verschlechterung der erzielbaren Amplitudenauflösung brächten. Ferner wird durch die Regelung die Xenonlampe auf einen derartigen Wert hellgepulst, daß der Detektorstrom auch bei unterschiedlichen Meßbedingungen ($\lambda_{m}, \alpha, \Delta\lambda$)) immer den gleichen Wert besitzt. Hierdurch haben sowohl der Photodetektor als auch die nachfolgenden Verstärker immer den gleichen optimalen Arbeitspunkt. [...]

Contributing Institute(s):